新型断路器制造技术

新型断路器。提供了一种新型断路器，能有效解决传统机械开关的触头起弧、触头弹簧老化等固有问题，大大提高切换速度和开关的使用寿命，满足敏感和关键负荷对供电可靠性和电能质量的苛刻要求。包括设在主供电线的进线端和用户之间的断路器，还包括保护单元、数据采集单元和控制器；所述保护单元与所述断路器并联，所述数据采集单元连接所述断路器、并通过感应器件采集所述主供电线的电信号；所述数据采集单元和保护单元分别连接所述控制器。本实用新型专利技术的断路器实际上是在关断时，形成一种“电源切换”，这个切换的时间达到毫秒级，可实现无缝切换，快速性和暂态特性都很理想，切实满足了敏感和关键负载对供电可靠性和电能质量的苛刻要求。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
新型断路器
本技术涉及断路器，尤其涉及一种在传统断路器上并联电子切换开关装置的断路器。
技术介绍
断路器是一种常用的保护电器，可实现短路、过载等功能。断路器在供电中作总电源保护开关或分支线保护开关用。当住宅线路或家用电器发生短路或过载时，它能自动跳闸，切断电源，从而有效的保护这些设备免受损坏或防止事故扩大。断路器一般采用机械结构。这种断路器的触头系统，触头弹簧长期使用会变形、氧化、张力消失或者减退，引起触头压力不足，从而使断路器烧毁。触头长期使用会磨损。主要由于电弧的高温使金属气化蒸发，触头厚度变得越来越薄，这种磨损是正常现象，所以触头使用日久应当更换。开关分断会产生电弧，正常情况下，电弧进入灭弧装置中迅速熄灭，但灭弧系统如果发生故障，灭弧时间将延长，这将有可能烧毁断路器。
技术实现思路
本技术针对以上问题，提供了一种新型断路器，能有效解决传统机械开关的触头起弧、触头弹簧老化等固有问题，大大提高切换速度和开关的使用寿命，满足敏感和关键负荷对供电可靠性和电能质量的苛刻要求。本技术的技术方案是:包括设在主供电线的进线端和用户之间的断路器，还包括保护单元、数据采集单元和控制器；所述保护单元与所述断路器并联，所述数据采集单元连接所述断路器、并通过感应器件采集所述主供电线的电信号；所述数据采集单元和保护单元分别连接所述控制器；所述保护单元包括全控型开关器件绝缘栅双极型晶体管一、二，不可控半导体器件二极管一、二，缓冲电路一、二，及驱动电路一、二 ；所述二极管一和绝缘栅双极型晶体管一反向并联、再并接缓冲电路一；所述驱动电路一连接所述绝缘栅双极型晶体管一的G极，构成以二极管一正极方向为接口 A、负极方向为连接点一的子电路一；所述二极管二和绝缘栅双极型晶体管二反向并联、再并接缓冲电路二；所述驱动电路二连接所述绝缘栅双极型晶体管二的G极，正极构成以二极管二方向为接口 B、负极方向为连接点二的子电路二 ；所述连接点一和连接点二相连；所述驱动电路一和驱动电路二分别连接所述的控制器的控制信号输出端。所述断路器中设有用于采集工作状态的行程开关。本技术利用绝缘栅双极型晶体管代替或改造传统的机械切换断路器，与机械开关和现有的采用机械保护单元的断路器相比，本技术的保护单元本体采用的绝缘栅双极型晶体管是全控型电力电子器件，器件的通断均可控，不论通过断路器的电流是否过零，均能实时的控制其断开，这会大大提高其切换速度；且不会出现机械型断路器(开关)通断时引起的起弧现象，抑制环流的产生，延长了开关的使用寿命，触头系统也不会产生老化。满足敏感和关键负荷对供电可靠性和电能质量的苛刻要求。本技术的断路器实际上是在关断时，形成一种“电源切换”，这个切换的时间达到毫秒级，可实现无缝切换，快速性和暂态特性都很理想，切实满足了敏感和关键负载对供电可靠性和电能质量的苛刻要求。【附图说明】图1是本技术的结构示意图，图2是本技术中保护单元的结构原理图；图中10是接口 A，11是绝缘栅双极型晶体管一，12是二极管一，13是连接点一，20是接口 B，21是绝缘栅双极型晶体管二，22是二极管二，23是连接点二 ；图中实线为主供电线，虚线为通讯线。【具体实施方式】本技术如图1所示，包括设在主供电线的进线端和用户之间的断路器，还包括保护单元、数据采集单元和控制器；所述保护单元与所述断路器并联，所述数据采集单元连接所述断路器(接收断路器工作状态的信号，开关里设有行程开关，本案对于具有行程开关的断路器，比如CT19仅需在其行程开关上取一路信号；对于无行程开关的断路器，则需增设一行程开关)、并通过感应器件采集所述主供电线的电信号；所述数据采集单元和保护单元分别连接所述控制器，形成通讯连接；所述保护单元如图2所示，包括全控型开关器件绝缘栅双极型晶体管一 11、二 21，不可控半导体器件二极管一 12、二 22，缓冲电路一、二，及驱动电路一、二 ；所述二极管一 12和绝缘栅双极型晶体管一 11反向并联、再并接缓冲电路一；所述驱动电路一连接所述绝缘栅双极型晶体管一 11的G极，构成以二极管一 12正极方向为接口 A10、负极方向为连接点一 13的子电路一；所述二极管二 22和绝缘栅双极型晶体管二 21反向并联、再并接缓冲电路二 ；所述驱动电路二连接所述绝缘栅双极型晶体管二 21的G极，正极构成以二极管二 22方向为接口 B20、负极方向为连接点二 23的子电路二 ；所述连接点一 13和连接点二 23相连；所述驱动电路一和驱动电路二分别连接所述的控制器的控制信号输出端；当控制器接收到断路器动作信号时(开通、关闭)，立即会给保护单元的驱动电路一和二提供工作信号。接口 A10、接口 B20无正负极性限制。由于对保护单元中下述晶体管的开、断属于本领域常规技术，因此不再赘述。所述断路器中设有用于采集工作状态的行程开关。本技术在具体应用时，按如下步骤进行:I)、断路器的弹簧操作机构行程开关开始动作时，数据采集单元采集到相应的动作信号；2)、总控单元接收到信号后，输出相应的驱动信号，保护单元导通；3)、当主电路电压由开关时的暂态(开通、关闭的瞬间)恢复常态时，控制器根据数据采集模块的信息，保护单元关闭，由机械开关供电。下面进一步说明本技术的工作原理:控制器接收数据采集单元采集得到动作信号(几种情况，一是人为操作，二是线路故障，断路器自动动作)，控制器判断出主电路发生开启和关闭时，控制器控制端口输出控制信号，触发保护单元，此过程也不会发生起弧现象，电流在开启和关断的瞬间从断路器转移到保护单元，避免了断路器在开通断开时的起弧现象。重新合闸时，当主电路由暂态恢复到常态时，然后控制器会控制保护单元断开，此过程也不会发生起弧现象。下面进一步说明本技术的工作原理:本技术在工作时，为了减小开关管通态损耗，电源是通过断路器为用户供电。而在初始为用户供电时，要同时触发断路器和保护单元，由于保护单元(保护单元控制的是N线)采用的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是全控型器件，所以保护单元的通断是即时的，这样使断路器两端电压被钳位至很低，所以断路器导通过程不会出现起弧现象，待控制器通过信号采集模块接电路上电压恢复正常供电电压水平后，立即关断保护单元，则主供电线、断路器和用户形成通路。由数据采集模块实时的检测各路的电压、电流值，传输到控制器。此也为合闸的工作原理。如出现人工分闸或者因电路故障(发生电压暂降或瞬时中断时)导致自动分闸时；控制器控制端口输出控制信号，触发保护单元，使其参与工作，此过程也不会发生起弧现象。此时，实质上电流从断路器转移到保护单元，当数据采集信号采集到主电路断路器完全断开的信号时，控制器会控制保护单元断开。本技术以绝缘栅双极型晶体管为代表的全控型半导体器件的通断时间可以达到微秒级，比半控型器件更易于控制，且在开关过程中不产生电弧。因此利用基于全控型半导体器件的电力电子开关代替或改造传统的机械切换开关，将有效解决传统机械开关的固有问题，大大提高切换速度和开关的使用寿命，满足对供电可靠性和电能质量的苛刻要求。可以广泛应用于日常生产领域，尤其适合应用于一些防爆场合，比如具有可燃气体的场所、煤矿等。本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型断路器，包括设在主供电线的进线端和用户之间的断路器，其特征在于，还包括保护单元、数据采集单元和控制器；所述保护单元与所述断路器并联，所述数据采集单元连接所述断路器、并通过感应器件采集所述主供电线的电信号；所述数据采集单元和保护单元分别连接所述控制器；所述保护单元包括全控型开关器件绝缘栅双极型晶体管一、二，不可控半导体器件二极管一、二，缓冲电路一、二，及驱动电路一、二；所述二极管一和绝缘栅双极型晶体管一反向并联、再并接缓冲电路一；所述驱动电路一连接所述绝缘栅双极型晶体管一的G极，构成以二极管一正极方向为接口A、负极方向为连接点一的子电路一；所述二极管二和绝缘栅双极型晶体管二反向并联、再并接缓冲电路二；所述驱动电路二连接所述绝缘栅双极型晶体管二的G极，正极构成以二极管二方向为接口B、负极方向为连接点二的子电路二；所述连接点一和连接点二相连；所述驱动电路一和驱动电路二分别连接所述的控制器的控制信号输出端。

【技术特征摘要】
1.新型断路器，包括设在主供电线的进线端和用户之间的断路器，其特征在于，还包括保护单元、数据采集单元和控制器； 所述保护单元与所述断路器并联，所述数据采集单元连接所述断路器、并通过感应器件采集所述主供电线的电信号；所述数据采集单元和保护单元分别连接所述控制器； 所述保护单元包括全控型开关器件绝缘栅双极型晶体管一、二，不可控半导体器件二极管一、二，缓冲电路一、二，及驱动电路一、二 ； 所述二极管一和绝缘栅双极型晶体管一反向并联、再并接缓冲电路一；所述驱动电路一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈前，李新征，郭俊，李晓，郭萍，郑卉，陈青，陈金妹，顾健，
申请(专利权)人：国家电网公司， 江苏省电力公司， 江苏省电力公司扬州供电公司， 江苏省电力公司高邮市供电公司，
类型：新型
国别省市：北京;11